基于响应面法的矿用翅片管空冷器参数优化

矿用空冷器是矿井降温系统常用的末端设备,优化矿用空冷器换热性能对提升矿井降温系统能效具有重要意义。采用Fluent建立了平直翅片管矿用空冷器模型,研究了翅片间距、翅片厚度、横向管间距和纵向管间距对传热因子、阻力因子和综合性能评价指标的影响规律;采用Box-Behnken响应面法,分析了双参数协同作用下传热因子、阻力因子和综合性能评价指标变化规律。结果表明:随着翅片间距、横向管间距的减小,以及翅片厚度增加,传热因子、阻力因子和综合性能评价指标逐渐增加;综合性能评价指标则随纵向管间距的增加而先增加后降低;横向管间距、翅片厚度是影响空冷器传热及流动性能最显著的两个参数,而翅片间距、纵向管间距的影响最小;得到了平直翅片管矿用空冷器的最优参数,传热因子提升16.3%、阻力因子增加26.3%、综合性能评价指标提升8.3%。研究结果可为矿用翅片空冷器设计参数优化提供指导。

强制对流下翅片管蒸发器表面结霜实验

翅片管蒸发器表面结霜是阻碍制冷系统高效运行的主要不利因素之一。利用恒温恒湿箱搭建强制对流下蒸发器翅片管表面结霜可视化实验平台,在环境温度0~8℃、相对湿度55%~75%及迎面风速0.8~2.4 m/s时,实时记录霜层动态生长过程,研究了环境温度、相对湿度和迎面风速对霜层生长特性及蒸发器换热性能的影响规律。结果表明:环境温度和迎面风速是影响蒸发器结霜的主要因素,结霜50 min,环境温度为0℃的霜层厚度比环境温度为8℃的提高了12.78%,迎面风速为2.4 m/s的霜层厚度比迎面风速为0.8 m/s的提高了14.66%,结霜量与换热量提高趋势相同。在结霜初期,相对湿度越大,换热量越大;结霜后期,相对湿度越小,换热量越大,并得到了换热量关于环境参数与时间的相关关系。

矩形翅片管糖醇相变储热器传热性能分析

对糖醇基矩形翅片管相变储热器传热性能进行数值模拟与实验研究,利用数值模型研究传热流体入口温度、流量以及储热器翅片间距、管间距等参数对充放热性能的影响。研究表明:从运行参数看,由于相变材料导热系数的影响,翅片强化区外流体入口温度与材料相变温度的温差对充放热速率呈正相关;在管内湍流条件下,管内流速在高于0.53 m/s时,不能显著提升储热器的充放热速率;从结构参数看,增加翅片可显著提升翅片区内充放热速率,翅片间距小于10 mm和管间距小于52.5 mm对充放热速率影响不明显。

振动作用下平直翅片管结霜初期微液滴运动过程数值模拟

平直翅片管换热器在低温高湿环境中工作极易发生结霜现象,造成能耗增加、故障率升高,而对结霜初期的微液滴施加振动作用可以加速微液滴的滑落过程从而达到抑制结霜的效果。对结霜前期微液滴的生长过程进行数值模拟分析,并通过文献值验证了数值模拟的可靠性,然后利用不同时刻的微液滴数据,通过数值模拟的方式,研究不同振动频率作用下微液滴的运动特性,最后搭建试验平台进行验证。研究结果发现,不同体积的微液滴对应的最优振动频率有所不同,当微液滴体积较小时,较高的振动频率使微液滴在基管壁面来回振荡,不易滑落,当微液滴体积较大时,较高的振动频率有利于微液滴克服壁面摩擦力,有利于液滴滑落。

椭圆翅片管的流动传热特性及积灰磨损规律研究

利用Fluent有限元模拟软件对分离式热管蒸发端翅片管束的流动传热以及积灰冲蚀特性进行数值仿真。分析结果显示:换热量和进出口压降随烟气进口速度的增大而增大,随管间距的增大而减小;管壁和翅片处的烟尘颗粒沉积率以及平均冲蚀率随烟气进口速度的增加而上升,随管间距的增加而下降。探究分离式热管换热器蒸发端烟气的流动传热特性及积灰磨损情况,为提高分离式热管换热器性能以及提升锅炉系统整体效能提供充分的理论指导。

翅片管换热器内烟气对流换热模拟研究

以螺旋翅片管式换热器为研究对象,选取烟气进出口压降表征换热器流动阻力的大小、努塞尔数(Nu)表征换热器对流换热的强弱,利用Fluent软件模拟分析不同烟气流速下翅片结构参数对换热器流动阻力和换热效果的影响,并引入性能因子综合评价翅片结构参数对换热器换热性能的影响。结果表明:烟气流速一定时,翅片高度增加、厚度加厚和间距缩短均会使换热器进出口压降和Nu增加,在增大换热器流动阻力的同时,换热效果得到增强;翅片结构参数和性能因子的变化规律与Nu相反,选取高度较低、厚度较薄、间距较稀疏的翅片参数时换热器的综合性能更好;此外,与结构参数不同,烟气流速加快时Nu和性能因子均增大,能提升翅片管换热器的综合换热性能。

翼型翅片管矢量弯管实验研究

针对航天领域的热控产品中翼型翅片管的精密数控弯曲成形需求,进行了工艺试验研究。本文设计了一种用于翅片翼型管数控弯曲的模具,对翼型翅片管弯管过程中的弯曲回弹、管路长度延伸问题进行了实验分析,并根据实验结果建立数学模型,拟合得到翼型翅片管精确数控弯曲工艺补偿量计算公式。采用该计算公式对翼型翅片管典型结构进行成形实验,获得较高的成形精度。翼型翅片管成形精度的提高,直接支撑了在一定空间精度约束下设计更长的单根管路,对减少管-管焊装过程中的焊缝数量,提高翼型翅片管使用的可靠性具有积极意义。

某立式蛇形翅片管换热器等效热力计算

某立式蛇形翅片管换热器的性能计算主要利用软件进行,但实际设计制造时由于制造原因和软件限制原因,实际布管与热力计算时软件的布管并不一致,实际布管根数为软件布管根数的2倍,这将很大程度上影响管内流体流速,从而影响管内传热系数。为了评估管内传热系数对总传热系数的影响,针对布管的不一致进行了热力计算的等效研究。结果表明,当管外传热系数远远小于管内传热系数时,管内传热系数对总传热系数的影响较小,可以直接利用软件计算结果进行换热器结构设计。希望通过这一实例的分享可对往后类似的工程项目提供参考。

翅片管换热器积灰对空气侧传热和压降影响的实验研究

文章选取室外实际运行的翅片管换热器,在采样分析其表面沉积粉尘粒度的基础上,搭建换热器积灰实验台,以平直翅片管换热器为测试样件,研究积灰对换热器空气侧传热和压降的影响。结果表明,换热器表面不同位置沉积粉尘的粒径分布规律相近,沉积粉尘的粒径集中分布在1~100μm;换热器空气侧积灰对压降的影响大于对换热的影响;高风速能够减小积灰对换热器空气侧传热和压降的影响,当风速从1.5 m/s增大到3.0 m/s,空气侧污垢热阻减小54%,压降增幅减小18.3%;换热器稳定后的空气侧污垢热阻及压降增幅,在低风速时随粉尘粒径的增大而减小,高风速时随粉尘粒径的增大而增大。

矩形涡发生器在翅片管换热器中强化换热研究

翅片管换热器在工业领域广泛应用,对带有矩形涡发生器的翅片管换热器流动与换热特性进行数值模拟研究。对比分析矩形翼涡发生器迎流夹角分别为50°、60°、70°和80°时换热器的传热和流动特性,夹角为60°、70°时的换热性能较高。综合考虑换热能力与压力损失,夹角为60°时换热器的综合性能最好。在迎流夹角为60°前提下,研究涡发生器无量纲结构尺寸为2.25、2、1.75和1.5时换热器的流动和换热性能,涡发生器无量纲尺寸为2时综合性能最佳。

热泵空调翅片管换热器流路优化研究进展

换热器的性能提升对制冷与热泵系统能效的提升具有重大影响,其中翅片管换热器的流路优化由于无需额外的成本、易于操作,是换热器性能提升的重要研究方向。本文总结了国内外学者对翅片管换热器流路的优化方法和评价指标。主要方法有基于空气侧风速分布的优化以及制冷剂侧流量的优化,基于管路结构的优化(包括管径、管路分合点、可变流路),基于微元换热最大化的优化,基于不可逆损失最小的[火用]分析、熵产最小化、热阻平衡法以及遗传算法的优化。总结得出可变流路可以同时满足蒸发器与冷凝器的最佳流路,是冷暖两用制冷与热泵系统流路优化的最佳选择;此外,热阻平衡法可以同时优化蒸发器与冷凝器的流路,是当前适用性较好的优化方法。评价指标中等泵功率下换热量的大小与热阻平衡是较为通用的评价指标。基于上述分析,针对翅片管换热器的优化方法以及评价指标提出了展望与建议。

肋密度对齿状翅片管外冷凝换热和流动的影响

采用数值和实验相结合的方法研究了齿状翅片管周围的冷凝流动和传热特性。利用经过验证的计算模型,分析了齿状翅片管在周向和轴向上的膜流动特性和冷凝传热系数,提供了有关高性能管中冷凝过程的信息。结果表明,齿状翅片管的周向和轴向薄膜厚度随着肋密度的增加而增加。对齿状翅片管特殊的传热结构进行了研究,发现复杂的传热结构导致表面张力的变化,从而改变了液膜的分布。齿状翅片管的局部冷凝传热系数对液膜分布非常敏感。得到了与最大总传热系数相对应的最佳肋密度,表明齿状翅片管的强化传热机理是传热面积和液膜厚度的共同作用。

扁平空冷翅片管内换热与流动特性数值研究

扁平翅片管结构复杂,换热方式耦合多样,以往研究难以用常规实验与关联式方法,完整复现并分析管内热流特性。基于分布参数热力学理论,提出耦合换热模型描述翅片管两相流与空气间的换热,并将模型应用于1m长度工程管,通过数值求解,得到管内温度、热流密度、换热系数、液膜厚度、剪切力、压力降沿两相流和冷却空气流向全域内的变化规律:随着冷却空气横向流动,扁平管凝结性能急剧降低,热流密度从空气入口处20000W/m^(2)降至出口处5000W/m^(2);翅片管钎焊层热流密度高达14000W/m^(2),因此应注重提升钎焊层对翅片管换热的增强效用。管内两相流定性为环状流,随着两相流动,倾斜管能有效地将平板液膜汇聚到下半圆,平板液膜厚度沿管深增长缓慢,全管段液膜增长范围为16~25μm;平板热流密度和凝结空冷翅片管空气侧对流换热系数管深无下降趋势,这与工程管对应管段的实验结果相符。

廊载空调翅片管冷凝器空气侧传热数值模拟研究

机场环境对廊载空调换热器性能影响复杂,目前尚缺乏对其翅片管冷凝器空气侧流动传热特性影响的研究。本文采用计算流体力学(CFD)方法对廊载空调翅片管冷凝器空气侧流动传热特性进行数值模拟,综合考虑不同入口速度、不同翅片间距和不同管径对空气侧性能的影响,并结合换热器空气侧综合性能评价指标进行分析。结果表明,适当增大入口速度、减小翅片间距及增大热管直径可以有效提高换热性能,且换热器空气侧综合性能随着雷诺数的增大而提高。

球凸内翅片管强化传热特性研究

在光滑内翅片管的基础上,结合凹凸板式换热器提出一种新型球凸内翅片管。比较球凸内翅片管、球窝内翅片管和光滑内翅片管的换热性能与流动阻力可知:球凸内翅片管的换热性能与流动阻力最大;通过比较不同排数球凸内翅片管和球凸内翅片管不同排列方式的换热特性与流动阻力可知,三排球凸内翅片管的努塞尔数Nu和阻力系数f最大,二排对排球凸内翅片管的综合换热性能指标ftef最优;比较不同翅片数球凸内翅片管的换热性能与流动阻力,得出8个翅片球凸内翅片管的综合换热性能指标ftef最优;并应用湍动能云图分析不同翅片球凸内翅片管的强化传热机理。

八边形翼攻角对翅片管空气侧流动与换热特性的影响

在传统翅片管上加装八边形翼涡发生器以强化传热。利用FLUENT软件对八边形翼翅片管模型进行了数值模拟,研究了不同雷诺数(Re)下八边形翼攻角(10°,20°,30°,40°)对翅片管空气侧流动与换热特性的影响。结果表明,八边形翼攻角对管后尾迹区换热影响显著;与平直翅片管相比,加装八边形翼的翅片管空气侧在不同攻角、Re下的平均努塞尔数(Nu)提高了13.1%~43.1%,相应的阻力系数(f)增加了6.9%~61.1%;通过对综合传热性能评价因子(PEC)的分析发现,在Re为862~3735时,八边形翼攻角为20°的翅片管综合传热性能最佳。

基于NSGA-III算法的小管径翅片管式蒸发器高维多目标优化

以稳态分布参数法和NSGA-III算法为基础,提出一种翅片管式蒸发器结构参数与流路参数混合寻优的方法,并依此展开小管径蒸发器结构和流路参数的影响分析与流路的高维多目标设计优化。建立的小管径翅片管式蒸发器模型与实测数据的误差在4%以内,可以较好地用于小管径翅片管式蒸发器的计算。基于该模型进一步建立以结构参数与流路参数为自变量,换热量、制冷剂侧压降、空气侧压降以及成本为因变量的神经网络模型,并利用NSGA-III算法对模型进行优化求解,得到小管径翅片管式蒸发器在一定的结构参数变化范围内的最优结构参数及最佳流路。研究结果显示:管外径对小管径翅片管式蒸发器的换热量、制冷剂侧压降以及成本的影响程度最大;翅片间距对小管径翅片管式蒸发器的空气侧压降影响程度最大;翅片厚度对换热量、制冷剂侧压降、空气侧压降以及成本的影响程度均最小;流路主要影响蒸发器的换热量及制冷剂侧压降;制冷剂流路为二支路、三支路和四支路时,模型可输出综合性能最优的结构及流路特征。

翅片管蒸发式冷凝器换热特性研究与结构优化

利用翅片管换热器可大幅增加换热面积的优点,将其与光管蒸发式冷凝器相结合,进一步的提升蒸发式冷凝器换热性能。基于VOF模型,采用Lee模型描述气液两相双向传热传质过程中的质量与能量传递,同时考虑气液剪切力的影响,建立了翅片管蒸发式冷凝器气液两相传热传质三维数值模型。模拟光管蒸发式冷凝器的冷却过程,模拟结果与试验结果吻合良好。进而模拟研究了管型、翅片间距、纵向管排、迎面风速等因素对翅片管蒸发式冷凝器换热性能的影响规律。模拟结果表明,翅片管最佳间距为5 mm,换热量比光管提高了22.1%;随着管排的增加,换热量增加幅度减小,最佳换热区域在第一排,前六排换热量占据了总换热量的82.3%;最佳间距下的最佳迎面风速为2.91 m/s。

湿烟气在开孔翅片管外凝结换热数值模拟

为高效回收湿烟气全热并对烟气冷凝换热设备进行优化设计,以设计的紧凑式开孔翅片管换热器为对象,采用欧拉壁膜(EWF)模型与组分输运模型耦合研究低温烟气在翅片管换热器中的凝结换热规律。数值模拟得到的凝结速率及对流凝结换热系数与实验结果最大偏差分别为13.4%和10.9%。结果表明:对流凝结换热系数随入口水蒸气质量分数和烟气流速增大以及管壁温降低而增大,翅片开孔可以起到均压、破坏温度边界层、截断液膜、加快凝结液排出进而强化传热的作用,基于模拟拟合的关于改进雅各布数J的烟气对流凝结关联式与实验数据平均相对误差为13.1%,模拟关联式对于90%的实验结果预测误差在-20%~+20%以内。

SA-192高频焊翅片管漏水原因

某SA-192高频焊翅片管发生漏水,采用宏观观察、尺寸测量、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和能谱分析、硬度测试等方法对其漏水原因进行分析。结果表明:漏水的主要原因是焊接时高频电流集中在钢管表面,输入功率大而焊接速率小,造成表面局部受热严重,出现过烧缺陷;过烧缺陷导致钢管表面堆积大量焊渣,降低了基体材料的塑性和韧性,促使表面凹坑和孔洞的形成。